大尺寸数码管的动态驱动和保护电路设计.doc

大尺寸数码管的动态驱动和保护电路设计时间：2009-03-24 09:27:51 来源：单片机与嵌入式系统 作者：江苏省淮安市楚州区广播电视局 徐道兵引 言 LED数码管是单片机系统常用的显示器件，1英寸以上的LED数码管的每个字段都是由多个发光二极管串、并联组成，在此称为大尺寸数码管。大尺寸数码管虽然不能显示汉字等复杂字符，但数字显示效果好，可视距离远，成本低，符合人的视觉习惯，有着广泛的用途。其结构特性要求驱动电路提供较高的电压和电流，可用动态和静态方式驱动。笔者设计的“广电播控机房大尺寸综合显尔器”就是用动态驱动大尺寸数码管的方式实现的，本文给出的都是实际使用的电路。1 大尺寸数码管特性 图1是深圳佳美公司JM-S40O11D4英寸共阳高亮红色数码管各字段的组成。AG7个段都是由8只发光二极管串、并联而成；DP是小数点，由2只发光二极管串联而成。单个发光二极管的极限和光电参数如表1所列。否 正向电流If(20 mA)是长时间静态驱动时的电流最大值，如果超过此值，将导致数码管寿命下降，甚至损坏。峰值电流Ipeak(100 mA)足动态驱动时的脉冲电流最大值。JMS40011 D的AG字段的导通电压为728V，单管脉冲电流一般选50 mA，超过50 mA后其亮度就不与电流成比例增加了。2 动态驱动电路设计2例 动态扣描驱动利用人眼的特性，分时进行LED数码管驱动，人眼感受的是有效亮度的平均值。其优点是驱动芯片少，电路简单，成本低。 扩充电压、电流的驱动电路形式很多。图2、图3是“广电播控机房大尺寸综合显示器”显示部分的主要电路，由6只4英寸高亮红色共阳数码管(N1N6)组成，主控单片机为关国Atmel公司的AVR系列ATmegal6。主控单片机通过数码管驱动电路在大尺寸数码管上以一定时长分时显示“时、分、秒”、“年”、“月、日”、“温度”、“湿度”等信息。21 单片机完成扫描的动态驱动电路 图2电路中，单片机ATmegal6完成译码、动态扫描等功能。74LS07是6同相电平转换电路，输出级是集电极开路的晶体管，耐压30 V，驱动电流30 mA，在ATmegal6PA0PA5口电平控制下驱动Q1Q6 PNP达林顿功率管TIPl27，实现6只共阳数码管的字驱动。ULN2803是8位NPN达林顿阵列，耐压50 V，驱动电流500 mA，这里用于ATmegal6 PCOPC7口数码管段驱动的扩充。任一时刻，只有1个数码管得电，数码管的阳极接SAlSA6，用于驱动电压取样。 R1R8是大尺寸数码管AG字段的限流电阻，电阻值和功率根据以下因素计算： 大尺寸数码管的供电电压，各段的导通电压； TIPl27和ULN2803的导通压降； 组成大尺寸数码管的单个发光二极管的驱动电流。 本设计中，单个发光二极管的驱动电流为45 mA，供电电压12 V，限流电阻选用33 ，O5 W规格。 本电路占用单片机的IO口较多，单片机要完成数码管的译码、扫描等任务，负担较重，但对一些小应用来说是不错的选择。22 专用芯片完成扫描的动态驱动电路 后续设计中，系统增加了很多功能，单片机负担加重，大尺寸数码管显示时出现闪烁现象。增加专用芯片完成数码管的扫描驱动、按键检测等功能，以减轻单片机的资源占用，简化程序设计，效果很好，如图3所示。 数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片很多，作者选用的是南京沁恒电子有限公司生产的CH452L，其性价比较高。CH452L内置时钟振荡电路，可以动态驱动1英寸以下的8位共阴数码管或者64只LED，具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描。CH452L通过可以级联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据。这里使用4线串行接口与ATmegal6连接，具有编程简单、稳定可靠的特点。 CH452L的第17脚(H3L2)是接口模式选择，接高电平为4线模式。 CH452L也不能直接驱动4英寸数码管，必须进行扩充，扩充电路就是图1。单片机将显示的数据送给CH452L即可，由CH452L代替单片机完成泽码和数码管的动态扫描等任务。3 保护电路设计 3英寸以上的数码管，单块价格已超过单片机芯片。由于动态扫描驱动电路的特点，为了达到需要的亮度，每个LED所加的脉冲电流远大于静态驱动时的极限电流值。如果驱动电路有故障，长时间将大电流加在数码管上，将导致数码管烧伤、亮度严重衰减、寿命缩短、甚至损坏，因此要加必要的保护电路，如图4所示。31 驱动电路故障和危害 在上述驱动扩充电路中，如果段驱动电路ULN2803损坏，只会出现显示混乱现象，对大尺寸数码管不造成伤害；如果字驱动达林顿管TIPl27断路，只是相应位的数码管不显示，也无伤害；如果74LS07某位断路，TIPl27不会导通，数码管也不会长时间过流。 如果字驱动达林顿管TIPl27短路或者74LS07的某位对地短路，相应位的大尺寸数码管将一直得电，造成数码管长时间过流损伤，因此必须避免这种情况发生。在扫描空隙时，检测数码管的阳极电压，就能发现这种故障。32 故障检测和保护 如图4所示，在每个大尺寸数码管的阳极进行驱动电压取样，任一时刻只有1个数码管的字驱动被扫描选中，即TIPl27导通。取样电压约为数码管的供电电压(这里是12 V)，未选中的为0 V(TIPl27截止后的漏电流极小，相当于完全关断)。通过ULN2803进行电平转换，送入单片机的PB口检测。所有大尺寸数码管通过继电器K1的常闭触点供电，K1受控于单片机的PA0口。 对于图2电路，在每一轮数码管显示扫描程序开始前加上以下监测和保护代码：显示扫描函数开始监测和保护的关键代码示意，只用于说明取样、保护、报警的编程思路原有数码管扫描代码开始选通第一位数码管，输出相应代码 对于图3电路，由于CH452L的第8个数码管字选位DIG7未用，因此用DIG7作为取样触发信号(SSTART)触发ATmegal6的中断INTO，在中断程序中加入上述监测和保护代码，即可完成采样和保护功能。33 几个要点 如果不具备图2、图3电路的取样时机条件，可采取随机读取的方式。需要明确，任何时刻只有1个数码管得电工作，多于1个即可认为驱动电路有致命故障发生。 抗干扰：在取样电路并接小容量电容，滤除杂波干扰；软件采取多次采样、表决方式，防止保护电路误动作。 取样电路的电平转换可以采取晶体管、光耦，甚至是电阻分压的方式。 如果单片机IO口数量不足，可以用74LSl65(并行输入转串行输出)等电路进行取样电路扩展。 对于由单片机完成扫描的动态驱动电路，要注意防止因程序设计不合理或者死机对大尺寸数码管造成的长时间过流损伤。专用数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片多由纯硬件逻辑实现，不会出现死机现象。结 语 本文提及的大尺寸数码管动态驱动和保护电路，笔者经过产品实际验证过，价格低廉、性能可靠。其他类型的大尺寸数码管驱动、保护电路可参照此思路设计。在此抛砖引玉，希望对大家有所帮助。/app/mcu/201001/52618.htm/zl0801/17575/message.aspx标签： uln2803uln2803驱动成功今天上午的时候,又重新焊接了一块万能板,(现在喜欢直接焊接,方便修改,呵呵,不原意腐蚀电路板了) ,这次采用的方法是,单片机IO = 74hc245 = uln2803 ,接通之后,电路工作正常了,由于是直接用万能板上焊接的,只是画了一下草图,没有画电路图,这里就不附图了,把74hc245和uln2803 的连接方法给出来吧这个是 74hc245的管脚连接图和内部结构图,右面是控制管脚的连接方法.下面的这个市uln2803的管脚图,连接的时候,把9脚接地即可,10脚我悬空了,没有处理( 也不知道对不对) 手册上说明的是驱动能力可以达到 500ma ,不知道是不是真的,应该可以够用了!系统分类: 单片机|用户分类: 电子技术|来源: 原创|【推荐给朋友】|【添加到收藏夹】 阅读(9558)|评论(17)|收藏(0)|举报|最后修改于2009-10-1509:12投一票您将和博主都有获奖机会！最新评论 蔡汝鑫 2007/7/21 10:34:10我是这样连接的，位选用选通，段选接口，问题又出现了：我用的是动态扫描，单个管子亮度足够了，可是动态扫描的时候，视觉上全亮的时候亮度就不够了，是什么原因呀？这对电源要求高点，注意电流大小 蔡汝鑫 2007/7/21 10:33:03我是这样连接的，位选用选通，段选接口，问题又出现了：我用的是动态扫描，单个管子亮度足够了，可是动态扫描的时候，视觉上全亮的时候亮度就不够了，是什么原因呀？这个是你是动态扫描的时间可以再缩小，这样就很亮了 蔡汝鑫 2007/7/21 10:31:46ULN2803是很好用的一个驱动器，我毕业设计的驱动就是用他来的。10脚是一个驱动电源端，不接也可以，但给输入短带来负担，要是接5V13V（15），很好用！ zl0801 2007/4/20 13:50:55动态扫描都有这个缺点的 perry 2007/4/20 12:52:41我是这样连接的，位选用选通，段选接口，问题又出现了：我用的是动态扫描，单个管子亮度足够了，可是动态扫描的时候，视觉上全亮的时候亮度就不够了，是什么原因呀？ zl0801 2007/4/19 16:41:00因为 是 共阳的数码管， 只要控制位端接到vcc（一般不是单片机的vcc）用三极管就可以了 perry 2007/4/19 15:32:11那你的位选端是通过什么来选择的？三极管也就是说位选接一个的管子，段选接吗？ peel 2007/4/12 11:34:03能不能上传一下第二块实验板的原理图和pcb呢？因为我要做一个4*4的矩阵键盘的单片机最小系统，谢谢先！呵呵 zl0801 2007/4/12 9:37:54uln2803 是为 吸入电流，从芯片手册上也可以看出来，但是后面你说的就不对了，共阴数码管是 公共端接低电平，段码输出高电平驱动，共阳相反，照你的理解，你是想把uln2803作为位驱动 ？一般都是 把它作为 段码驱动的，所以采用共阳的管子 perry 2007/4/11 11:36:31unl2803驱动电流最大500mA够用了,其为达林顿管,仅提供吸入电流,也就是说必须使用供阴极数码管.共阳的话怎么用呀？ perry 2007/4/11 10:41:48我用的是动态驱动共阳的数码管2003是驱动段,还是驱动位?驱动位选通的话,数码管的电压怎么接呀? zl0801 2007/4/11 10:03:32你计算一下吧， 用8550驱动 4寸的管子肯定不行的， 用达林顿管可以 ，比如tip127 137 之类的，建议用 uln2003 简单，布线方便 perry 2007/4/11 9:48:31请问你的数码管是共阳还是